JPH05158049A

JPH05158049A - スペーサー散布装置

Info

Publication number: JPH05158049A
Application number: JP34870191A
Authority: JP
Inventors: Shunpei Yamazaki; 舜平山崎; Toshiji Hamaya; 敏次浜谷
Original assignee: Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Current assignee: Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Priority date: 1991-12-05
Filing date: 1991-12-05
Publication date: 1993-06-25
Anticipated expiration: 2013-06-04
Also published as: JP2761820B2

Abstract

(57)【要約】【目的】液晶電気光学装置用のスペーサー散布におい
て、均一な散布と有効なスペーサーの利用を図る装置を
提案する。【構成】静電界を利用したスペーサーの散布におい
て、スペーサーの持つ電荷を利用して、散布領域の周囲
に電荷を持つ手段を形成して、スペーサーが散布対象外
に飛散しないようにする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の利用分野】本発明は液晶電気光学装置用の基板
上にスペーサーを均一に散布するための装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、液晶の電気光学効果を利用したデ
ィスプレイが時計、電卓、ワープロなど多方面に適用さ
れている。通常の液晶電気光学装置は通常、一対の基板
の間に液晶材料をはさみこんだ液晶セルを基本の構造と
しており、この一対の基板の間隔を均一にするためにガ
ラスファイバーや球形の粒子等が、スペーサーとして用
いられている。

【０００３】液晶セル作製の際のスペーサー散布工程に
おいて、従来用いられてきた方法の１つとしてスピンコ
ート法がある。この方法は、１種類或いは複数の種類の
スペーサーをアルコール、フロン等の溶媒にある割合で
混合した混合液を基板上にある一定量滴下し、基板を回
転することによってスペーサーを基板上の全面に存在せ
しめる方法である。しかしながらスピンコート法を用い
た場合、一度基板上を混合液で浸し、その後乾燥が行わ
れるため基板上にスペーサーの塊（数ケ〜数十ケ）が残
ることが多く、そのまま基板の貼り合わせ工程に進んだ
場合、スペーサーの塊の存在する部分とその周囲のセル
厚がまわりの部分より大きくなってしまう。その結果基
板に形成された電極間に電圧を加えた時の電界強度が他
の部分より小さくなり液晶のスイッチングに悪影響を与
えることが明らかになっている。さらにＳＴＮ型或いは
強誘電性液晶を用いた表示装置のように液晶の屈折率異
方性を利用して表示を行う場合には色ムラをも引き起こ
す。

【０００４】また一般にスペーサー周辺では液晶の配向
不良領域が発生するが、スピンコート法により散布を行
った場合スペーサーを基板全面に行き渡らせるために回
転による遠心力を利用しているので、スペーサーが基板
中心から放射状に配置されてしまい、前記配向不良領域
が放射状に連なりそれが表示の際認識されてしまうため
表示品質が大幅に低下してしまう。そのうえスピンコー
ト法で複数の種類のスペーサーを散布する際にはスペー
サーの重さの違いによって基板中心部分と周辺部分とで
はスペーサーの割合が変化し、その結果基板間隔の不均
一性が生じる。

【０００５】スペーサーを散布するための他の方法とし
て、スペーサーを適当な有機溶剤と混合して、その混合
液をノズルを用いて散布する方法がある。この方法を用
いた場合、混合液が基板に届く前にすべての有機溶剤成
分を気化させるように、ノズルと基板の間の距離を調整
する、或いは散布装置の内壁にヒーターを埋め込む等の
方法で装置の温度をあげるなどの方法を用いて基板上に
スペーサーの塊をスピンコート法に比較して少なくする
ことができる。

【０００６】しかしながら、この方法に用いる有機溶剤
としては一般にフロン系の溶剤やＩＰＡ（イソプロピル
アルコール）が多いが、現在フロンガスの使用による上
空のオゾン層の破壊が問題となっているため、将来的に
はフロンガスは使用不可能になるものと思われる。ま
た、ＩＰＡを使用した場合、散布の際に散布装置内がＩ
ＰＡの蒸気で満たされ、爆発の危険が非常に大きくな
る。

【０００７】また散布の際、スペーサーを分散するため
に攪拌、或いは超音波の印加を行うが、攪拌ではスペー
サーの塊を減らすことが難しく、超音波印加によればス
ペーサーの塊を若干減らすことができるが、超音波印加
により、混合液の温度が上昇する。その為、有機溶剤の
気化が促進され、混合液のスペーサー濃度が徐々に大き
くなって、散布が進むにつれ同じ条件で散布を行っても
基板上のスペーサーの量が増加してしまう。

【０００８】以上の理由により、フロン系溶剤或いはＩ
ＰＡを使わずに散布する方法、好ましくは溶剤を用いな
いドライな方法が望まれていた。このような、問題を解
決する手段として、静電界を利用したドライなスペーサ
ー散布方法、例えば本発明と同一出願人より出願された
特開平３−２３４２０に提案されている。

【０００９】この静電界を利用したスペーサーの散布方
法はスペーサー散布室内に設置された基板上に空気また
は窒素等のキャリア気体中にスペーサーを分散させて、
噴霧する際にスペーサーに電荷を帯びさせ、この帯電し
た電荷のために個々のスペーサーが会合せずに、分散し
て液晶用基板上に散布されるものであった。

【００１０】このような、散布方式の場合、スペーサー
を含んだキャリア気体の流れが強すぎると基板上のスペ
ーサーの分布に影響が現れ、弱すぎると、スペーサーを
基板上に到達できなかったり、うまく分散できない問題
がある。さらに、スペーサー散布室の周辺の内壁から、
一度付着したスペーサーが離脱し、基板上に再付着す
る。このようなスペーサーは帯電量が少ないかまったく
ないため、容易に会合し塊の状態で基板上に再付着す
る。

【００１１】くわえて、上記のいずれの方法において
も、基板以外の部分に付着したスペーサーは有効に利用
されず、そのまま捨てられており、資源の利用および液
晶装置の製造コストを下げることに反していた。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記問題点を解決するた
めに本発明は、基板上にスペーサーを散布する際に、ス
ペーサーを帯電させることにより、スペーサーの凝集を
防ぐスペーサー散布方法において、基板以外の領域への
スペーサーの散布を少なくするとともに、基板以外の領
域に散布されたスペーサーを回収する手段を有する散布
装置である。

【００１３】すなわち、本発明はノズルより散布された
後、電荷を帯びたスペーサーが散布装置の側壁方向に飛
んでゆき、この側壁に付着することを防止する為に、側
壁あるいは側壁付近に電荷を帯びたスペーサーと同極性
の電荷を付与し、側壁へのスペーサーの付着を防止する
ものであります。加えて、散布対象基板の背面付近に、
スペーサーに与えた電荷と逆の極性を持つ回収手段を設
置することにより、利用されなかったスペーサーを簡単
に回収できる。

【００１４】また、ノズルより散布さるスペーサーは乾
燥空気、乾燥窒素等のキャリア気体により運ばれ散布さ
れる。その為この気体の流れの強弱により、既に基板上
に散布されたスペーサーに影響がでる。これを無くす為
に、散布ノズルと散布対象基板との間の空間にこのスペ
ーサーの持つ運動エネルギーを調整する手段を設け、基
板付近にキャリア気体の流れの影響を出ないようにした
ものであります。この運動エネルギーを調整する手段と
して、網状の物体を散布空間に設置すること、この網状
の物体を複数設置し、且つこの網の開口率に変化を持た
せること、邪魔板を適当な間隔で設けること、この邪魔
板を複数段設置し且つこの間隔を変化させること、さら
に上記の網状物体あるいは邪魔板に電荷を付与し、この
電荷の極性およびその電位によって、運動エネルギーを
調整することができる。

【００１５】本発明において、スペーサーを帯電させる
方法としては、従来静電塗装などに用いられてきたコロ
ナ放電等、公知の方法を用いることができる。ただし従
来の静電塗装においては、均一に、しかもムラなく塗装
を行うため帯電した塗装粒子が対象物に到達した後電荷
を逃してやり、電気的に中性な粒子とする必要があっ
た。なぜなら帯電したままの状態では、対象物上のある
点にある塗装粒子（帯電状態）が到達した後、その点の
すぐ近傍に次の粒子が到達しようとしてもクーロン力に
より斥力をうけるため、到達できず、従って均一な塗装
ができなくなるからである。しかしながら本発明におい
て、スペーサー同志の間にはある程度の距離が必要であ
るため、このクーロン斥力を利用することができる。従
って散布の最中は基板（対象物）は電気的に浮いた状態
にしておいて、散布終了後基板をアースと接続、或いは
イオンブローにより電気的に中性にすることにより、後
になって電荷を持ったほこり等の異物を引き寄せないよ
うにすることができる。

【００１６】本発明を用いることにより、フロン系或い
はＩＰＡ等の溶剤を使わずにスペーサーを散布すること
ができるのに加えて、基板上にスペーサーの塊を作るこ
となくスペーサーを散布できる。加えて、基板以外の領
域に到達したスペーサーを散布装置の側壁あるいは側壁
付近に逆極性の電荷を付与して、反発させて、基板付近
にもどすことができ、側壁へのスペーサーの付着を防止
できる。

【００１７】また、スペーサーに付与された電荷と逆極
性の電荷を持つ電極を基板の背面付近に設けることで、
利用されなかったスペーサーを電気的に回収でき、有効
にスペーサーの利用を行える。さらに、散布領域内で邪
魔板等を設置して、キャリア気体の流れを調整できる特
に、この邪魔板等に電荷を与えた場合、スペーサーが持
つ電荷を利用でき、加える電荷の量や極性をくみあわせ
て、より均一なスペーサーの散布を実現でき、キャリア
気体の流れによる影響を減らすことができる。以下、実
施例を用いて本発明を説明する。

【００１８】

【実施例】

〔実施例１〕本実施例においては、ＳＴＮ型液晶表示装
置作製の際に本発明の装置を用いた場合について示す。
２枚のガラス基板上に公知のＤＣマグネトロンスパッタ
法を用いて、ＩＴＯ薄膜を作製し、フォトリソ工程によ
り電極を作製した。そして、基板の電極作製面上に印刷
法によってポリアミック酸を塗布し、熱処理をすること
によりポリイミド薄膜を得た。その後両方の基板上に綿
布を用いてラビング工程を行った。この時ラビングの角
度に注意する。

【００１９】次のスペーサー散布工程の後に行う貼り合
わせ工程時に２枚の基板のラビングの角度が 240℃の角
度になるようにする。次に一方の基板のポリイミド薄膜
作製面に図１に示すようなスペーサー散布装置を用いて
直径６.2μｍのＳｉＯ₂からなる球形粒子を散布した。
この時の散布の方法は基板（１）をテーブル（２）上に
設置し、ドライエアー導入口（３）よりドライエアーを
スペーサー槽（４）に導入し、スペーサー（５）を電極
を兼ねるノズル（６）から吹き出して基板（１）上にス
ペーサーを散布する。この時同時に、互いに約１００ｃ
ｍ離れている電極（６）（７）間に15kVの電圧を電源
（８）を使用して加え、スペーサーを帯電させる。な
お、ノズル（６）は電極を兼ねており、ノズルの内径は
12μｍのものを使用した。また、テーブル（２）の背面
付近にはスペーサーを帯電さセる為の電極をかねて、ス
ペーサー回収用の電極を設置した。また、散布装置の側
壁付近にはスペーサーが付着しないように、金属製例え
ばアルミニウム製の板（９）を側壁に沿って設け、この
板（９）には電源（８）より、散布ノズルと同じ極性の
電荷を与え、スペーサーがノズルより散布されたのち、
側壁方向に飛んできて、付着しないように、電荷で反発
をさせてスペーサーを再び散布領域の中央へ押しやっ
た。このような散布装置を使用することより、各々のス
ペーサーは同じ極性に帯電するため、基板上に散布され
たスペーサーをある一定の距離以上離れて存在せしめる
ことができ、基板上のスペーサーの数についても従来に
比較して、場所による差がほぼなくなって均等に散布す
ることができる。

【００２０】この後、他方（スペーサーを散布しなかっ
た）の基板上にスクリーン印刷法によりエポキシ系の接
着剤をシール印刷し、貼り合わせを行った。そして顕微
鏡を用いて、実際に散布したスペーサーを観察したとこ
ろ、塊状になっているスペーサーは１００回の観察をお
こなっても１視野中にには確認されなかった。この後
で、公知の真空注入法を用いて液晶を注入した。液晶注
入後のセルの状態はセルの中心部が膨らんでしまってい
るので、ここでセルに圧力を加えて余分な液晶をセルの
外へ追い出した。この後セルの注入口を封止した。

【００２１】そして２枚の偏光板を貼付して表示を行っ
た。従来のスピンコート法を用いて散布を行った場合
は、色ムラが目立ち、特にセルの中心部分は背景の色が
黄色から赤色に変わっていて、中には紫色がかっている
部分の目立つセルが多かったのが、本実施例の場合、色
ムラは確認されず良好な表示を実現できた。また、本実
施例において用いたドライエアーは、その含有する水分
が２ppm程度のエアーを用いた。もし、水分含有量が多
いエアーを使用すると、スペーサーが帯電しにくくなる
上に水分が基板上に残り、あとで液晶を注入して表示さ
せた場合、斑点状のしみになって表示に影響がでること
がわかった。そのため、ドライエアー中の水分含有量は
１％以下であることが必要である。

【００２２】〔実施例２〕図２に本実施例の静電散布装
置の概略図を示す。図において、基本的な構成は実施例
１で使用した装置と同様である。その構成に付加して、
散布ノズル（６）と基板（１）の間の散布領域中に本実
施例では２種類の運動エネルギー調節手段（１１）（１
２）を設けている。このうち（１１）は表面が絶縁材料
で覆われた金属製の細長い邪魔板を５枚間隔をおいて並
べたものであり、この５枚の邪魔板は散布領域内で電位
的にフローティングとなるように設置されている。その
ためこの（１１）の邪魔板は単純にノズル（６）から吹
き出される気体の流れを妨げるのみで、スペーサーの電
荷に影響を与えるものではない。

【００２３】また、（１２）は網状の金属製電極を邪魔
板（１１）の下方に設けたものであり、この電極（１
２）は全く独立した電源（１３）に接続されており、任
意の電荷量および極性をこの電源より与えられて、スペ
ーサーが持つ電荷に作用して、スペーサーの落下する速
度、落下する方向を任意に調整することができるように
なっている。また、図１および図２の装置においては、
基板の背面に不要なスペーサー（５）を回収する為にス
ペーサー（５）に与えられたのとは逆極性を持つ電極
（７）が設置されているため、散布領域に存在するスペ
ーサーはこの電極（７）とノズル（６）間に発生する電
界により、より加速されて基板方向へ移動しようとす
る。本実施例のエネルギー調整手段せ、この移動速度を
散布領域で調整可能なため、回収用電極（７）の設置に
より、気体の流れによる影響がさらにでやすくなること
を任意に防止、調整することができる。

【００２４】さらに、このような調整手段を複数設ける
ことにより、幅広い散布条件を実現できるようになって
いる。また、この複数の調整手段の開口部の位置、開口
面積に変化を持たせることで、散布ノズル（６）から基
板（１）に直線の流れではなく複雑な気体の流れを実現
することができ、より、自然なスペーサーの落下を実現
でき、基板上へのキャリア気体の流れの影響をより少な
くすることができる。

【００２５】以上の実施例において、散布装置の側壁に
付着防止の電極を設けたが、特に電極を設けることはな
く、直接散布装置の側壁に電荷をあたえることでも同様
の効果を得ることができる。また、図１および図２に於
いて、散布装置の断面形状が台形状でその上底が下底に
比べて広くなるようにしてある、これは、もし、散布領
域の側壁にスペーサーが付着した場合になんらかの原因
で再びこの側壁より離れ、基板状に落下しないようにす
るための工夫である。即ち、側壁に付着したスペーサー
は側壁から離れても重力により下へ落ちるこのためスペ
ーサーは側壁に沿って下へ移動することになるため、基
板上へ落下することはない、これがほぼ垂直な側壁であ
れば、若干の側壁に付着していたスペーサーは基板上に
再付着する可能性があり、散布密度に影響を与え、均一
な間隔を持つ液晶電気光学装置を提供できなくなる。

【００２６】さらに、図１および図２に記載されたスペ
ーサー回収手段は容易に散布領域外へ取り出すことがで
き、装置外でスペーサーを回収することができるように
なっている。また、図面では記載されていないが、当然
ながら基板は容易に散布装置に設置可能なようにされて
おり、必要に応じて、カセット方式にして、ロボットハ
ンドあるいは回転テーブルにて、連続的に散布できるよ
うに工夫してもよい。

【００２７】

【発明の効果】以上述べた内容から、本発明を用いるこ
とにより、フロン，ＩＰＡ等の溶剤を使わずに、しかも
非常に均一にスペーサーを散布することができた。ま
た、散布密度の調整を幅広い条件で行うことができ、よ
り均一な散布を実現できた。さらに、スペーサーを運ぶ
キャリア気体の影響をなくすることができるため、キャ
リア気体の流量をふやし、より均一なスペーサーの分散
を実現することができた。くわえて、利用されなかった
スペーサーを回収でき、再利用可能となった。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の散布装置の一例を示す概略図。

【図２】本発明の散布装置の他の一例を示す概略図。

【符号の説明】

１・・・基板２・・・テーブル３・・・ドライエアー導入口４・・・スペーサー槽５・・・スペーサー６・・・ノズル７・・・回収用電極８・・・電源９・・・付着防止用電極１０・・散布領域１１・・調整手段（邪魔板）１２・・調整手段

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】液晶電気光学装置用基板に対して、ギャ
ップスペーサーを散布する際に前記スペーサーに対して
電荷を付与して散布する装置であって、散布装置の散布
領域の側面に前記スペーサーに付与された電荷と同極性
の電荷が付与されていることを特徴とするスペーサー散
布装置。
【請求項２】スペーサー散布領域の側面に金属製の付
着防止用電極が設けられ散布されるスペーサーと同極性
の電荷が付与されていることを特徴とする請求項１記載
のスペーサー散布装置。
【請求項３】液晶電気光学装置用基板に対して、ギャ
ップスペーサーを散布する際に前記スペーサーに対して
電荷を付与して散布する装置であって、散布装置の散布
領域の側面が前記スペーサーに付与された電荷と同極性
の電荷が付与され、前記散布対象基板の散布ノズルとは
逆の面側に前記電荷を帯びたスペーサーを回収する為の
手段が設けられたことを特徴とするスペーサー散布装
置。
【請求項４】前記電荷を帯びたスペーサーを回収する
為の手段として、スペーサーが帯びている電荷と逆極性
の電荷を有する電極が散布対象基板の背面付近の少なく
とも一部に設けられていることを特徴とするスペーサー
散布装置。
【請求項５】前記電極は前記スペーサー散布装置の散
布領域外に取り出し可能なことを特徴とする請求項４に
記載のスペーサー散布装置。
【請求項６】液晶電気光学装置用基板に対して、ギャ
ップスペーサーを散布する際に前記スペーサーに対して
電荷を付与して散布する装置であって、前記スペーサー
を散布するノズルと散布対象の基板の間の少なくとも一
か所に前記電荷を帯びたスペーサーの持つ運動エネルギ
ーを調整するための手段が設けられたことを特徴とする
スペーサー散布装置。
【請求項７】前記電荷を帯びたスペーサーの持つ運動
エネルギーを調整するための手段として、網状の電極を
散布ノズルと基板間に配置し、前記電極に印加する電位
または極性を変更することにより、電荷を帯びたスペー
サーの持つ運動エネルギーを調節することを特徴とする
請求項６記載のスペーサー散布装置。